微机保护装置实际上就是1个具有继电保护功能的微机系统，因而，它具有通常微机系统的基本结构，为了实现继电保护功能也有自己的独到之处。微机保护装置的硬件系统通常包含以下部份：模拟量输入、开入量输入、数据处理单元、开出量输出、人机界面、装置电源及通讯插口。对国内装置来说，大部份还包括断路器的操作回路。
模拟量输入：采集保护对象的电压、电压值，并通过变换，使用微机系统可采集。采用大型互感器。
开入量输入：又称数字量输入、遥信输入。主要是讯号量的输入，用于保护装置的投退及现场讯号（0、1）的采集。采用晶闸管采集的办法。
数据处理单元：即CPU板。对取样的模拟量、数字量进行逻辑运算，并得出最终的开出值。
开出量输出：主要指合闸接点、重合闸接点、信号接点等。
人机界面：用于用户的操作，通常微机保护装置均自带小按键与液晶。
装置电源：用于提供整个装置的电源系统。
通讯插口：微机保护装置与总控单元或后台系统的插口，上传详尽的装置信息。通信插口主要是为了满足变电厂综合手动化的插口。
1.1.1.微机保护的基本结构
微机保护装置实际上就是1个具有继电保护功能的微机系统，因而，它具有通常微机系统的基本结构，为了实现继电保护功能也有自己的独到之处。图1-1示出微机保护装置的硬件系统方框图。它包含以下四部份：
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图1-1微机保护硬件系统方框图
1）数据处理单元，即微机主系统；
2）数据采集单元，即模拟量输入系统；
3）数字量输入/输出插口，即开关量输入/输出系统；
4）通讯插口。
1.1.2.数据处理单元数据处理单元即微机主系统是微机保护装置的核心部份。图1-2是1个典型的微机保护装置中数据处理单元的方框图。其中各方框内容简单介绍如下。
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存储器（EPROM、RAM和E2PROM）在微机保护装置中存储器拿来储存程序、采样数据、中间运算结果和定值。目前是，微机保护仍未完全定型，通常都采用EPROM而用掩膜ROM储存程序。EPROM的编程须要12～24V的高电流下进行。在编程前需将芯片置于紫外线灯下照射擦拭干净。
取样数据、中间运算结果和标志则需储存在RAM中便于随时存取。
继电保护的定值具有常数性质，但在运行过程中可能要承受系统的运行方法而改变。另外，定值应该不受装置停水的影响。由此可见，将定值置于E2PROM中是适合的。初期将定值置于EPROM中是由于当时E2PROM芯片价钱较贵。因为EPROM不具有电可擦性质，用EPROM储存定值时一般将其储存空间分成许多页，每页的容量应足够储存所有的定值。之后更改定值时无需将原定值擦去，而是写入下一页。使用EPROM储存定值需在装置中配备写入电路。
时钟时钟电路为保护装置的各类风波记录提供时间基准。它具有独立的振荡器及专用的充电电板，故装置停水时时钟电路仍能运行。目前市场上有多功能与微机插口的时钟芯片。
鼠标、显示器和串行口它们主要作为本地的人－机插口，如更改和显示定值等。它们都有标准的插口电路，可查阅有关资料。
复印机微机保护中复印机主要是拿来复印定值、故障报告等。通常都使用并行复印机。为了防止复印机带来的干扰，一般用晶闸管将保护装置与复印机隔离。近几年为了降低干扰的影响，也有采用串行复印机的装置出现。
CPU通常地讲，主要是依据保护的功能程序选择CPU类型。原理复杂、动作速率快的保护选择比较高端的CPU。随着大规模集成电路制造技术的不断发展，已有品种繁杂的CPU可供选择。80年代早期开发的微机保护多采用单片微处理器如Intel8086、MC6809等。将这些CPU和存储器、时钟发生器等支持芯片装在1块彩印电路板上就构成了单板机。80年代中期之后，出现了将CPU、存贮器、定时器以及I/O插口等集中在1块总片上的单片机。微机保护作为一种专用的控制装置采用单片机是适合的，这是由于：
（1）可靠性高。相当于通常规模的单板机的主要电路都集成在1块芯片上，所以单片机的抗电磁干扰、抗尘埃污染等能力都比单板机强。
（2）性能高。因为主要部件都集成在芯片内部。如MCS-96系列单片机内部的RAM都有累加器的功能（不再有专门的累加器），整体运算速率大大提升，编程也愈发简练。
（3）微型化。这节约了空间。
（4）准许气温范围宽。通常单板机上CPU的气温范围为0～70℃，而工业级的单片机为-40～85℃。
（5）价钱低廉。
（6）通常单片机都有支持多机通讯的串行口，以便构成多单片机的保护装置。Intel公司还推出了位总线局部网路控制器8044，为变电厂内微机联网提供了良好条件。
1.1.3.数据采集单元数据采集单元即模拟量输入系统，其作用是将被保护器件（线路、变压器和母线等）的电压互感器和电流互感器二次侧的模拟量电压和电流变换成数据处理单元才能使用的数字量。图1-3是一种常用数据采集单元的方框图。其中各方框的作用和构成介绍如下。
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图1-3数据采集单元的方框图
1.电流回路产生
电流产生回路是将被保护器件TA和TV二次电压和电流变换成满足模/数（A/D）变换器阻值（通常为±10V）所要求的电流。一般采用电压－电流变换器和辅助电流互感器完成上述变换。这种变换器或互感器也起电气隔离作用。变换器的一次与二次定子之间有屏蔽层，对高频干扰有一定的抑制作用。
2.模拟低通混频器（ALF）
为了使模拟量经取样后所得的离散讯号可以不失真地还原出原先的讯号，按照取样定律，模拟量在取样前应采用模拟低通混频器滤除频度低于取样频度ΩS一半（ΩS/2称为折叠频度）的讯号。
3.取样/保持器（S/H）
微机保护中的取样/保持器有两个作用：①保证在A/D变换过程中输入模拟量保持不变；②保证各通道同步取样，使各模拟量的相位关系经过取样后保持不变。
4.多路开关（MPX）
多路开关是一种电子型的单刀多掷开关，在数据采集系统中，拿来将各路S/H中保持的模拟讯号分时地接通于A/D变换器的输入端。常用的多路开关有8路、16路等，可以接通推挽或双端（即差分）讯号。多路开关的接通与断掉由外部控制。
5.模/数变换器（A/D）
A/D变换器的作用是将模拟通道中已离散化的讯号（保存在S/H中的模拟量）转变为计算机所须要的数字量。
1.1.4.数字量输入回路
微机保护输入的数字量包括面板上的切换开关、从装置外边引进的触点（如断路器的位置触点）、来自收信机的收信触点及由值勤人员操作的装置压板等。
面板上的开关量可直接引到微机的并行口，如图5-9所示。CPU可随时查询到开关S的状态。通常外部触点与装置的距离较远，通过连线直接引入装置会带来干扰，帮采用晶闸管隔离，并用与微机系统相独立的电源，如图5-10所示，晶闸管内发光晶闸管与光敏二极管集成在1个芯片内，如图5-10中实线框所示。发光管与光敏管之间无电磁联系，它们之间的分布电容仅有几个皮法，因而由外部连线带一来的干扰被大大地消弱。
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1.1.5.数字量输出回路
微机保护装置输出的数字量包括面板上显示的讯号、控制发信机的触点输出、保护出口合闸和发出中央讯号的触点输出等。
面板上的显示讯号采用发光晶闸管直接与逻辑门的输出端相连，如图5-11所示。发光晶闸管有容积小、功耗低的优点。保护装置发出的合闸命令和中央讯号等都采用熔断器触点输出的形式。熔断器采用与微机系统相独立的电源（不共地）并用晶闸管隔离，如图5-12
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所示。图p1和p2来自微机中同1个并行口。p1经过非门F同与非门YF相连，而p2则直接与YF相连。这可避免在直流电源电流变动时导致出口熔断器K1误动。
出口熔断器K1的正电源由保护启动器件K2的触点接通。启动器件与微机系统完全独立。这样任何一方面故障都不会造成保护误出口。图5-12中在K2触点旁并联1个电阻大，故虽然晶闸管被击穿，熔断器K1也不会动作。
1.1.6.通讯插口
近些年来随着计算机技术的快速发展，变电厂内基于微机的装置不断增多，变电厂的综合手动化已渐渐开始实现。图5-13为变电厂综合手动化的计算机分层系统示意图。站内各类微机控制、测量及监视装置之间可以实现数据共享。因为保护的重要性，各类微机保护必须保持自身的独立性，即变电厂主计算机故障时不会影响保护的工作。在综合手动化的分层系统中微机保护装置除完成保护的功能外，还向站主机传送故障报告、事件记录等。它们之间的通讯速度为几千波特就可以满足要求。在变电厂无人值勤时调度所可通过站主机对微机保护推行远方控制，如更改定值等。
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